張永君

(國網(wǎng)新源白山發(fā)電廠,吉林省吉林市 132000)

機組轉(zhuǎn)子絕緣安裝缺陷的改進與應(yīng)用

張永君

(國網(wǎng)新源白山發(fā)電廠,吉林省吉林市 132000)

本文介紹了發(fā)電機轉(zhuǎn)子電氣部分的結(jié)構(gòu)及絕緣損壞的危害，剖析了機組轉(zhuǎn)子絕緣安裝缺陷的成因，并針對各種處理方法的利弊進行分析，在此基礎(chǔ)上就如何運用固定螺栓包扎絕緣的方法解決設(shè)計和安裝工藝上存在的弊端進行了詳細介紹。

轉(zhuǎn)子絕緣；安裝缺陷；固定螺栓包扎絕緣法；探索與應(yīng)用

0 引言

白山發(fā)電廠位于吉林省樺甸市境內(nèi)的松花江上游，總裝機容量200萬kW，是完全由我國自行設(shè)計、制造、安裝和建設(shè)的大型水力發(fā)電企業(yè)，是東北地區(qū)裝機容量最大的水力發(fā)電 廠，在電網(wǎng)中擔負調(diào)峰、調(diào)頻、填谷和事故備用的重要任務(wù)。白山發(fā)電廠由“一廠、兩壩、四站”組成，其中：白山一期電站在大壩右岸全地下式廠房內(nèi)裝有3臺30萬kW混流式水輪發(fā)電機組；白山二期電站在大壩左岸地面廠房裝有2臺30萬kW混流式水輪發(fā)電機組。白山水電站下游38km處的紅石水電站，裝有4臺5萬kW軸流定漿式水輪發(fā)電機組。白山三期抽水蓄能電站裝有2臺15萬kW可逆式機組，于2002年8月正式動工，2006年7月全部發(fā)電。

抽水蓄能機組在國內(nèi)發(fā)展速度很快，由于其轉(zhuǎn)速要比常規(guī)機組的轉(zhuǎn)速高，且工況轉(zhuǎn)換頻繁，因此轉(zhuǎn)子在結(jié)構(gòu)上不僅需要承受巨大的離心力，還需要承受工況轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的振動力，這就對轉(zhuǎn)子組裝時的絕緣工藝提出了更高的要求。但受各方面條件的影響，如一些結(jié)構(gòu)巨大部件只能分解加工后在現(xiàn)場組裝，人員技能水平參差不齊等，導致了機組安裝時工藝和結(jié)構(gòu)配制上會遺留有一些缺陷。而有些缺陷在機組運行初期不會暴露出來，但隨著機組運行時間的加長，一些部件承受不住考驗，在運行過程中或機組檢修后的預(yù)防性試驗過程中，問題會逐漸暴露出來。

如果通過部件更換或結(jié)構(gòu)改造來進行缺陷處理，不論從工期還是費用投入方面都存在很大難度。而針對于現(xiàn)場實際情況，在保證安全的前提下，通過科學、可靠、簡便、經(jīng)濟的手段對具體的缺陷進行分析處理，往往可以取到事半功倍的效果。

1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子電氣部分的結(jié)構(gòu)及絕緣損壞的危害

發(fā)電機轉(zhuǎn)子電氣結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成：①集電環(huán)、刷架及碳刷部分。②轉(zhuǎn)子中性體內(nèi)勵磁大線部分。③磁極線圈部分。④磁極之間相連的原件部分（磁極線圈頭、尾連接部件、磁極鐵芯連接部件）等。

上述結(jié)構(gòu)每一部分都有各自的絕緣強度要求，檢修的工藝標準及試驗加壓的等級也不相同。作為一個整體組合部件，轉(zhuǎn)子良好的絕緣狀況是機組安全運行的基本保障。如果由于某一部分的裝配工藝不符合標準，在機組長時間運行產(chǎn)生的離心力和振動力的共同作用下，就會造成轉(zhuǎn)子絕緣損壞，導致不良事件的發(fā)生。輕者會發(fā)出接地信號迫使機組在運行過程中故障停機，嚴重者部分零件燒毀，再嚴重者甚至會發(fā)生短路爆炸等惡性事故，直接影響設(shè)備、電網(wǎng)的安全運行。

2 針對各種轉(zhuǎn)子絕緣缺陷處理方法的利弊分析

轉(zhuǎn)子絕緣處理在多數(shù)電廠中都經(jīng)歷過，由于缺陷產(chǎn)生的原因多種多樣，因此處理的方法也就不盡相同。多數(shù)單位還依靠廠家或請專家進行指導，但設(shè)備制造廠家和專家進行指導時會更多的考慮建議更換新部件的方法。但該種處理方式對設(shè)備所屬單位存在如下問題：更換過程中的設(shè)備拆解費時費力，往往造成檢修工期的延誤。

轉(zhuǎn)子絕緣缺陷可能發(fā)生的時間是不可預(yù)知的，在設(shè)備試運階段、正式投產(chǎn)后均可能出現(xiàn)。在機組轉(zhuǎn)動運行的過程中出現(xiàn)的缺陷往往后果嚴重些，但通過檢修后的預(yù)防性試驗將缺陷處理在萌芽中，對保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行有一定的借鑒作用。

白山抽水蓄能電站6號抽水蓄能機組為哈爾濱電機廠有限責任公司制造的SFD150-30/8100型抽水蓄能機組，轉(zhuǎn)子勵磁電壓232V，是國產(chǎn)首臺15萬kW抽水蓄能機組，投運于2005年。

2009年4月，白山抽水蓄能電站6號機組進行A級檢修。在檢修中進行轉(zhuǎn)子交流耐壓試驗時，試驗電壓升至800V時，即發(fā)生絕緣擊穿。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極接頭的固定螺栓外的絕緣管多處損傷，放電擊穿。產(chǎn)生該現(xiàn)象的主要原因有如下幾方面：

原因一：磁極接頭拉桿螺栓絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理（磁極接頭拉桿螺栓絕緣結(jié)構(gòu)見圖1）。

（1）螺栓螺紋過長，螺桿與外部絕緣管之間空隙甚小，機組安裝時工藝把關(guān)不嚴，在安裝時固定螺栓的磁極接頭引出線（見圖1中③）與基礎(chǔ)件（見圖1中④）不在一條直線上，施工人員采用彎曲螺栓或強行擰入的錯誤方法進行裝配，導致螺栓螺紋割傷絕緣管（絕緣管厚度僅為1.5mm）,絕緣管套入螺栓時就受到很大的擠壓力，在機組運行振動時的沖擊力最終將絕緣管損壞，發(fā)生放電。

（2）螺栓和絕緣管之存在縫隙，在機組運行時由于振動原因產(chǎn)生摩擦，長時間的摩擦將絕緣管壁磨薄甚至破裂，最終發(fā)生絕緣擊穿。

圖1 磁極接頭拉桿螺栓絕緣結(jié)構(gòu)

原因二：分解后發(fā)現(xiàn)，各別絕緣管長度超出標準尺寸，在裝配時沒有進行處理，當兩側(cè)絕緣管固定螺栓（見圖1中②）緊固時造成絕緣管受壓脹裂。由于新安裝部件存在一定的絕緣強度，其不良影響沒有立即顯現(xiàn)出來，但是當機組運行一段時間后，灰塵等導電物質(zhì)逐步在內(nèi)部積累，最終形成導電通道，造成放電現(xiàn)象。

針對上述現(xiàn)象和原因，討論出如下幾種不同的處理意見，但都各自存在一定的弊端：

處理意見一：針對螺栓與絕緣管之間的縫隙過大的現(xiàn)象，可以加工一批粗細適中的絕緣管，更換不合格的絕緣管。但由于絕緣管與螺栓均存在一定的強度，在裝配時螺栓上的絲扣會將絕緣管劃傷破壞光滑面，由于絕緣管的材質(zhì)是環(huán)氧膠和玻璃絲，被劃傷的表面會變得粗糙，而粗糙的表面吸取潮氣后會導致絕緣降低。

處理意見二：將因長度過長導致遭受擠壓而產(chǎn)生裂紋的絕緣管進行更換，使新的絕緣管在長度上與螺栓相匹配，避免在組裝過程中受壓破碎，但該種方法仍無法克服第一種處理意見中存在的弊端。

上述兩種處理意見均需解決的是如何使絕緣管和連接螺栓能夠適當匹配，而且能夠有效避免裝配和運行震動對絕緣管產(chǎn)生的劃傷和磨損等不利影響。

處理意見三：將機組部件進行改造，或者改造磁極接頭，或者改造固定螺栓的基礎(chǔ)件，使其兩個穿過螺栓的孔形成一條直線，螺桿便不會產(chǎn)生應(yīng)力。但任何部件改造都有相當大的難度，原因如下：

（1）改造基礎(chǔ)件要將其整體拆除，該過程中需要將磁極部分整體分解，重新加工處理后安裝在與磁極接頭螺栓孔相對應(yīng)的位置處，但是此項工作涉及的技術(shù)含量要求高，工作量大，而且在裝配過程中仍然存在不確定性。

（2）改造磁極接頭要將磁極接頭相連的兩塊銅排（見圖1中⑤）拆除，為了能夠使其螺栓孔距與基礎(chǔ)件相匹配，就要將螺栓孔擴大。但這種擴大是有范圍限制的，超過限制范圍，就要更換新的接頭銅排并且重新鉆孔，費用和工作量的投入要遠遠超過改造基礎(chǔ)件的費用和工作量。

鑒于上述處理意見均存在一定的弊端，因而需要探討一種更加簡便可靠的處理方法。

3 新型包扎絕緣法的探索與應(yīng)用

針對如何修復白山抽水蓄能電站6號機組轉(zhuǎn)子絕緣的問題，在前期大量試驗和分析工作的基礎(chǔ)上，認為通過采用將固定螺栓包扎絕緣的方法能夠簡便易行地從根本上解決設(shè)計和安裝工藝上存在的弊端。其處理過程大致如下：

步驟一：將所有固定磁極接頭的螺栓全部拆除分解，對螺栓進行清洗處理，并將螺栓絕緣管內(nèi)部的螺紋去除，兩側(cè)需擰螺母的螺紋保留。螺栓處理后烘干待用（見圖2）。

步驟二：將環(huán)氧膠（53841）的A:B份混合在一起充分的攪拌均勻，薄薄的涂刷在螺栓上，其位置與長度與絕緣管相匹配即可（見圖3）。

圖2 處理后的螺栓

圖3 絕緣管與螺栓

步驟三：將環(huán)氧云母帶或玻璃絲帶（如果使用玻璃絲帶需要先浸環(huán)氧膠）纏繞包扎在螺栓涂刷環(huán)氧膠的部分上。包扎方法：環(huán)氧云母帶或玻璃絲帶與螺栓形成40°～45°角，纏繞時第二圈壓住第一圈寬度的一半，共計纏繞兩層，每纏完一層都要涂刷環(huán)氧膠（見圖4）。

圖4 纏繞方式示意圖

步驟四：對損壞嚴重絕緣管進行更換，對損傷輕微的絕緣管進行處理修復。然后，將絕緣管用旋轉(zhuǎn)的方式套入纏繞云母帶的螺栓上，按照工藝要求進行安裝（見圖5），安裝完成后需要靜置24h，確認環(huán)氧膠完全固化后進行耐壓試驗。

步驟五：在固定螺栓的磁極接頭方向（見圖1中⑥）也纏繞增加了一層絕緣防護云母帶，從而能夠使轉(zhuǎn)子絕緣的安全系數(shù)更加可靠。

圖5 絕緣管安裝示意圖

圖6 處理后實物效果

為了可靠驗證該處理方法切實可行，在實際應(yīng)用前按照如下過程進行了對比性試驗：

首先，將絕緣管和螺栓按照原有的直接裝配方式連接好后，對其進行破壞性試驗。用手錘擊打1～2次即可將絕緣管的絕緣性能破壞，擊打4～5次后絕緣管全部被破壞。

其次，按照上述處理過程中的一至三步對螺栓進行絕緣處理并且固化24h后，用手錘多次擊打絕緣處，絕緣層也沒有被破壞的跡象。

最后進行破壞性耐壓試驗，正常轉(zhuǎn)子試驗電壓為3000V，而將纏繞包扎絕緣層的螺栓加壓至8000V電壓，絕緣層完好無損。

通過試驗可以得出如下結(jié)論：絕緣管在使用過程中機械強度差，易因振動沖擊而受損。而纏繞云母帶并涂刷環(huán)氧膠的絕緣方式，不僅保證了絕緣性能而且兼具較大的機械強度，完全可以滿足要求。

4 成果應(yīng)用的可靠性依據(jù)

2008年4月白山抽水蓄能電站6號機組轉(zhuǎn)子絕緣缺陷處理至今，機組已經(jīng)連續(xù)安全運行6整年時間，歷次的檢修中均針對轉(zhuǎn)子絕緣情況進行特殊檢查和試驗，均未發(fā)現(xiàn)異常。

事實證明，纏繞包扎絕緣法是一種大膽的改革創(chuàng)新，科學、簡便、經(jīng)濟、可靠，具有一定的推廣應(yīng)用價值，且對機組設(shè)計、安裝具有積極的借鑒意義。

[1] 王明妃.新編水電廠設(shè)備安裝、運行、維護、檢修與標準規(guī)范全書[M].北京：水利水電出版社，2007.

張永君(1980—),男，工程師，主要研究方向：水電廠電氣一次設(shè)備檢修維護。Email ：zhyjsky@sohu.com

Improvement and Application of Generator Insulation Defect

ZhangYongjun
(State Grid XinYuan Baishan Hydropower Plant, Jilin 132000,China)

This paper introduced the structure of generator rotor electrical parts and insulation damage, harm, analyzed the causes of generator insulation defect, and analyze the pros and cons of various treatment methods, based on how to use this method of fi xing bolt cover the insulation design and detailing the shortcomings of the installation process.

Rotor insulation; Installation defect;Fixing bolt cover the insulation;Method exploration and application